高分子加工学-泡沫塑料

1、5.5 泡沫塑料成型泡沫塑料成型 泡沫塑料是以塑料为基本组分而内部具有无数微小泡沫塑料是以塑料为基本组分而内部具有无数微小 气孔结构的复合材料。气孔结构的复合材料。 主要品种：主要品种：聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、脲醛等聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、脲醛等 特点特点 ： n 质轻，比强度高质轻，比强度高 n 防止空气对流，保温、隔热性能好防止空气对流，保温、隔热性能好 n 吸音性能好吸音性能好 5.5 泡沫塑料成型泡沫塑料成型 分类：分类： 开孔开孔 硬质硬质 闭孔闭孔 半硬质半硬质 软质软质 低发泡低发泡 0.4g/cm3 or 发泡倍率发泡倍率5 中发泡中发泡 0.10.4g/cm3 高发泡

2、高发泡 5 5.5.1 塑料发泡方法及其特点塑料发泡方法及其特点 5.5.1.1 物理发泡法物理发泡法 优点：优点： n 操作中毒性较小（除个别外）操作中毒性较小（除个别外） n 用作发泡剂的原料成本较低用作发泡剂的原料成本较低 n 发泡后没有发泡剂留下的残渣发泡后没有发泡剂留下的残渣 缺点：缺点：设备投资大。设备投资大。 5.5.1.1 物理发泡法物理发泡法 指指应用物理原理实施发泡应用物理原理实施发泡。包括有：。包括有： n 使惰性气体在加压下溶于熔融聚合物或糊状复使惰性气体在加压下溶于熔融聚合物或糊状复 合物中，然后减压放出溶解气体而发泡；合物中，然后减压放出溶解气体而发泡； n 利用低

3、沸点液体气化使聚合物发泡；利用低沸点液体气化使聚合物发泡； n 溶解掉聚合物中可溶组分而成微孔塑料（通称溶溶解掉聚合物中可溶组分而成微孔塑料（通称溶 解泡沫塑料）；解泡沫塑料）； n 在熔融聚合物中加入中空微球，再经固化而成泡在熔融聚合物中加入中空微球，再经固化而成泡 沫塑料（通称组合泡沫塑料）。沫塑料（通称组合泡沫塑料）。 5.5.1.2 化学发泡法化学发泡法 发泡气体是由混合原料中的某些组分，在成型发泡气体是由混合原料中的某些组分，在成型 过程中发生的化学作用而产生的。过程中发生的化学作用而产生的。 （1）化学发泡剂发泡法）化学发泡剂发泡法 发泡气体是由特意加入的热分解物质（碳酸氢发泡气体

4、是由特意加入的热分解物质（碳酸氢 钠、碳酸铵）钠、碳酸铵） （2）发泡组分间相互作用析出气体发泡法）发泡组分间相互作用析出气体发泡法 发泡气体是由聚合物的组分相互作用所产生的发泡气体是由聚合物的组分相互作用所产生的 副产物，或这类组分与其它物质作用的生成物。副产物，或这类组分与其它物质作用的生成物。 eg:PU泡沫塑料由异氰酸酯与聚酯的羟基或水泡沫塑料由异氰酸酯与聚酯的羟基或水 反应所析出的反应所析出的CO2 5.5.1.3 5.5.1.3 机械发泡法机械发泡法 用强烈的机械搅拌将空气卷入树脂的乳液、悬用强烈的机械搅拌将空气卷入树脂的乳液、悬 浮液或溶液中使其成为均匀的泡沫物，而后再经浮液或溶

5、液中使其成为均匀的泡沫物，而后再经 过物理或化学变化使其稳定成为泡沫塑料。过物理或化学变化使其稳定成为泡沫塑料。 常用树脂常用树脂: :脲甲醛、聚乙烯醇缩甲醛、脲甲醛、聚乙烯醇缩甲醛、PVCPVC溶胶溶胶 5.5.2 泡沫塑料成型过程及原理泡沫塑料成型过程及原理 5.5.2.1 泡沫塑料成型过程泡沫塑料成型过程 一步法生产一步法生产PU泡沫塑料示意图泡沫塑料示意图 二步法生产二步法生产PU泡沫塑料示意图泡沫塑料示意图 1 预聚体贮槽预聚体贮槽 2计量泵计量泵 3三通阀三通阀 4混合器混合器 5压力调整器压力调整器 6原料贮槽原料贮槽 7回流管线回流管线 8混合物料出口混合物料出口 5.5.2.

6、2泡沫塑料成型原理泡沫塑料成型原理 泡沫理论泡沫理论: （1）泡核形成（）泡核形成（加成核剂，表活剂加成核剂，表活剂） （2 2）泡孔增长（）泡孔增长（气泡内压气泡内压 ，泡沫体积，泡沫体积 ） （3 3）影响泡孔结构的因素）影响泡孔结构的因素 泡沫的稳定泡沫的稳定 发泡剂类型发泡剂类型 泡体冷却速度泡体冷却速度 n形成泡沫物首要条件：形成泡沫物首要条件： 液、气界面张力较小液、气界面张力较小 n 泡沫物是热力学的不稳定体。要求持续时间必须大于泡沫物是热力学的不稳定体。要求持续时间必须大于 泡沫物中树脂成为固体所需的时间。泡沫物中树脂成为固体所需的时间。 发泡剂的选择发泡剂的选择 分类分类 ：

7、 n 物理发泡剂物理发泡剂空气、惰性气体空气、惰性气体(N(N2 2、COCO2 2) )与低沸与低沸 点液体（一氟三氯甲烷、正戊烷）点液体（一氟三氯甲烷、正戊烷） n 化学发泡剂化学发泡剂受热放出气体受热放出气体(N(N2 2、COCO2 2、NHNH3 3) )物质物质 化学发泡剂化学发泡剂 无机无机 碱金属的碳酸盐、碳酸氢盐碱金属的碳酸盐、碳酸氢盐 有机有机 -N=N- ， =N-NO- ，偶氮甲酰，偶氮甲酰 胺，苯基磺酰胺胺，苯基磺酰胺 理想发泡剂的性能理想发泡剂的性能 n 分解温区范围狭窄稳定；分解温区范围狭窄稳定； n 释放气体速率易控，且不受压力影响；释放气体速率易控，且不受压力

8、影响； n 放出气体无毒，无腐蚀性，无燃烧性；放出气体无毒，无腐蚀性，无燃烧性； n 分解时放热不大；分解时放热不大； n 在材脂中有良好的分散性；在材脂中有良好的分散性； n 价廉，贮藏和运输中稳定；价廉，贮藏和运输中稳定； n 分解残余物分解残余物, 无色、无味、无毒，对塑料物化性无色、无味、无毒，对塑料物化性 能无影响。能无影响。 发泡剂的特征与选择发泡剂的特征与选择 n 分解温度分解温度 分解温度要与塑料的熔融温度接近；分解温度要与塑料的熔融温度接近； 在一狭窄的温度范围内迅速分解，均匀放气；在一狭窄的温度范围内迅速分解，均匀放气； 分解作用在较短的时间全部完成。分解作用在较短的时间全

9、部完成。 n 分解速率与反应热分解速率与反应热 无机发泡剂无机发泡剂分解慢，吸热；分解慢，吸热； 有机发泡剂有机发泡剂分解快，放热分解快，放热吸热，总仍为放热。吸热，总仍为放热。 n 抑制和促进发泡剂分解抑制和促进发泡剂分解 加助剂，调节发气量，加助剂，调节发气量，T， n 发泡效率发泡效率 无机无机1 （2）聚氨酯泡沫塑料的生产）聚氨酯泡沫塑料的生产 原料用量比原料用量比 水的当量数水的当量数+聚酯或聚醚的当量数聚酯或聚醚的当量数=NCO当量数当量数 实际异氰酸酯过量，实际异氰酸酯过量，1.051.0 水为发泡剂，可加入水为发泡剂，可加入CFCl3、CHCl3作辅助发泡剂作辅助发泡剂 泡沫密

10、度随发泡剂（水）的增加而降低泡沫密度随发泡剂（水）的增加而降低 温度温度 搅拌速率和时间搅拌速率和时间 熟熟化化 （2）聚氨酯泡沫塑料的生产）聚氨酯泡沫塑料的生产 喷涂发泡成型喷涂发泡成型 把硬质聚氨酯泡沫塑料的原料直接喷射到物体把硬质聚氨酯泡沫塑料的原料直接喷射到物体 的表面，并在该面上发泡的成型方法。的表面，并在该面上发泡的成型方法。 优点：优点： n 不需要模具不需要模具 n 形状简单或复杂的表面都可以喷涂形状简单或复杂的表面都可以喷涂 n 劳动生产率高劳动生产率高 n 所得泡沫塑料制品无接缝，绝热效果好所得泡沫塑料制品无接缝，绝热效果好 5.5.4 典型塑料泡沫制品配方工艺典型塑料泡沫

11、制品配方工艺 配配 方方 工工 艺艺 条条 件件 组成部分组成部分Kg/h PVC树脂（树脂（K值值64-67）45.6 熔体温度熔体温度 160190 熔体压力熔体压力 71.8kPa 最终制品密度最终制品密度 0.80.9g/cm3 稳定剂稳定剂7.34 聚乙烯蜡聚乙烯蜡0.912 地蜡地蜡10.12 硬脂酸钙硬脂酸钙2.78 填料填料4.56 偶氮二甲酰胺偶氮二甲酰胺0.6 表表5-27 PVC合成木材的典型配方及工艺条件合成木材的典型配方及工艺条件 5.5.4.1 合成木材合成木材 5.5.4.2 软质聚氨酯泡沫套垫软质聚氨酯泡沫套垫 组组 分分配配 比（质量份数）比（质量份数） 聚醚

12、（三官能团，聚醚（三官能团， M3000）100 有机硅泡沫稳定剂有机硅泡沫稳定剂1.0 有机锡催化剂有机锡催化剂0.45 N-乙基吗啡啉乙基吗啡啉0.4 三亚乙基二胺三亚乙基二胺0.05 水水3.5 三氯一氟甲烷三氯一氟甲烷1.5 甲苯二异氰酸酯甲苯二异氰酸酯 （TDI）（）（80/20） 42.5（TDI指数指数104） 表表5-30 聚醚型软质聚氨酯泡沫塑料块状发泡配方聚醚型软质聚氨酯泡沫塑料块状发泡配方 项项 目目 工工 艺艺 条条 件件 块状软质泡沫塑料块状软质泡沫塑料模塑软质泡沫塑料模塑软质泡沫塑料 聚醚等五组分的温度（聚醚等五组分的温度（）403403 TDI的的温度（的的温度（）243243 原料管线压力（原料管线压力（MPa）0.550.620.550.62 压力控制装置的压力压力控制装置的压力 （MPa）